5. SVĚTELNĚ TECHNICKÝ POSUDEK. NORMALIZACE. PROBLÉMY DENNÍHO OSVĚTLENÍ RŮZNÝCH DRUHŮ STAVEB. SVĚTELNÉ ZDROJE. PODKLADY PRO ZPRACOVÁNÍ POSUDKU: 1) Průvodní zpráva, která obsahuje: Místo výstavby a funkce investičního celku Výkres situace (M 1:500) se všemi náležitostmi (orientace ke světovým stranám, osazení okolní zástavby včetně jejích výškových relací, terénní úpravy vrstevnice vzrostlá zeleň) Alespoň přibližná charakteristika povrchů (odrazové vlastnosti) zastiňujících budov a terénu (ρ F, ρ T ) 2) Stavební výkresy: Půdorysy a charakteristické řezy místnostmi s kótami a popisem, označení polohy a rozměru okenních otvorů (1:50, 1:100) 3) Podrobnosti okenních otvorů: Členění okenních otvorů výkres M 1:2, 1:5 τ K Údaje o zasklívacím materiálu τ S a materiálu konstrukce okenních otvorů Popis, příp.výkres regulačních zařízení pro clonění okenního otvoru (žaluzie, slunolamy, závěsy, apod.) 4) Specifikace interiéru: Funkce (pro určení požadavků na denní osvětlení) Zařízení interiéru (předměty z technologického hlediska fixované na pevné místo) Popis vnitřních povrchů materiály, barva (ρ) Zakreslení pracovních míst do půdorysu místnosti. METODA VÝPOČTU: Zvolené metody výpočtu ČINITELE DENNÍ OSVĚTLENOSTI musí respektovat základní ustanovení ČSN 73 0580 Denní osvětlení budov. Zavádíme tyto vlivy do výpočtu: 1) gradaci jasu rovnoměrně zatažené oblohy za předpokladu tmavého terénu (ρ T = 0,05 0,2), případně zasněženého terénu (ρ T = 0,5 0,85) 2) všechny druhy světelných ztrát (prostup světla sklem, zašpinění povrchů, konstrukcí okna, zařízením interuéru, zařízením pro regulaci přímého slunečního záření) 3) stínění venkovními překážkami 4) odraz světla od venkovních povrchů 5) odraz světla od povrchů interiéru. POSTUP ZPRACOVÁNÍ POSUDKU: 1) Zařízení posuzovaného interiéru do světelně technické třídy a stanovení normativních kriterií (kvantitativních a kvalitativních) 2) Stanovení základních parametrů pro výpočet: Úhel zastínění okolní zástavby Z ( 0 ) Průměrný činitel odrazu vnitřních povrchů ρ m (-) včetně zařízení interiéru Výpočet efektivní plochy zasklení W ( m 2 ) Poměr efektivní plochy zasklení k celkové ploše odrážejících povrchů interiéru W/S (-) 1
3) Zvolení sítě bodů na srovnávací rovině pro výpočet hodnot činitele denní osvětlenosti. Zanesení do výkresové dokumentace. 4) Vlastní výpočet činitele denní osvětlenosti v kontrolních bodech zvolené sítě: Výpočet souhrnných světelných ztrát Výpočet D S, D e, D i Výpočet činitele rovnoměrnosti osvětlení Posouzení všech kvalitativních kriterií 5) Zakreslení průběhu osvětlenosti v charakteristických řezech posuzovaného interiéru. 6) Porovnání vypočtených hodnot s normovými kvantitavními a kvalitativními kriterií. Komplexní posouzení posuzovaného prostoru včetně návrhů na případné změny ke zlepšení světelného stavu. NORMALIZACE: U nás jsou geometrická pravidla zahrnuta v ČSN 73 0020 Obytné budovy. Jde o pokus normovat okenní otvor ve vztahu k fasádě a interiéru budovy. V oblasti fyziky je zkoumána obloha jako zdroj denního světla a osvětlení. Lambert chápe oblohu jako zdroj světla v podobě difuzního záření hemisféry: L H - jas oblohy v horizontu L ε - jas oblohy v úhlu ε nad horizontem L Z - jas oblohy v zenitu Na základě Kohlerovy definice gradace jasu oblohy je podán návrh na normalizaci jasu oblohy: 2
Gradace jasu oblohy: tmavý terén L ε / L H = 1 + 2sinε zasněžený terén L ε / L H = 1 + sinε Zároveň se zavádí v oblasti výzkumu relativní veličina (obdoba dnešního činitele denní osvětlenosti) pro definici denního osvětlení a upřesňují se výpočtové způsoby určování oblohového činitele. Do roku 1956 neexistovala v ČR žádná specializovaná norma na denní osvětlení. Dnes jsme při návrhu denního osvětlení orientováni: ČSN 73 0020 Obytné budovy : uvádí činitel zasklení σ jako poměr plochy okna k podlahové ploše místnosti pro kuchyň, ložnici, obytné místnosti 1:8 pro příslušenství bytu 1:12 normují se požadavky na úroveň osvětlení ČSN 73 0511 Denní osvětlení průmyslových budov : jsou zde definovány metody výpočtu denního osvětlení závazný předpoklad pro světelně technické výpočty konstantní jas oblohy ČSN 36 0048 Osvětlení obytných budov : jsou zde zakotveny orientační hodnoty činitele denní osvětlenosti e, stanovené přepočtem z požadované intenzity pro osvětlení umělé za předpokladu exteriérové srovnávací osvětlenosti E H = 4000 lx. Požadavky na osvětlení jsou charakterizovány jako: malé - příslušenství bytu (nemusí být denní osvětlení) e = 0,25% střední - jídelny, ložnice e = 0,50% velké - obývací pokoj, pracovna, kuchyně, dětský pokoj, knihovna e = 1% Požadovaná minima jsou pro všechny případy uvedena pro kritický bod v nejvzdálenějším místě od okna (1 m od boční a zadní stěny). 3
ČSN 36 0041 Denní osvětlení škol : jsou zde doporučení na gradovaný jas požadavky na minimální a průměrné hodnoty činitele denní osvětlenosti ČSN 36 0036 Denní osvětlení budov : Jsou zavedeny: gradace jasu pro tmavý terén ρ=0,05 0,20 gradace jasu pro zasněžený terén ρ=0,70 0,80 venkovní srovnávací osvětlenost E H = 5000 lx třídění zrakových činností do 6ti světelně technických tříd a jim příslušné požadavky na minimální a průměrné hodnoty činitele denní osvětlenosti e NÁRODNÍ NORMALIZACE VE SVĚTELNÉ TECHNICE. ČSN 73 0580 2 Denní osvětlení budov byty ČSN 73 0580 3 Denní osvětlení budov školy ČSN 73 0580 4 Denní osvětlení budov průmysl ČSN 36 0011 1, 2, 3 Měření osvětlení vnitřních prostorů (základní istanovení, měření denního osvětlení, měření umělého osvětlení) ČSN 73 4301 Obytné budovy oslunění A PROSLUNĚNÍ OBYTNÝCH BUDOV ČSN 36 0020 1 sdružené osvětlení základní ustanovení Níže uvádím výpis z uvedených norem, na úrovni potřebných tabulek pro návrh a projektování denního osvětlení: 4
Požadované hodnoty činitele denní osvětlenosti podle ČSN 73 0580-1: 5
Požadavky na denní osvětlení ve školách: 6
Požadavky na denní osvětlení v předškolních zařízeních: 7
Příklady požadavků na úroveň denního osvětlení: 8
Příklady požadavků na úroveň denního osvětlení (pokračování): 9
Ochrana vnitřních prostorů před přímým slunečním zářením: 10
Hodnoty činitele denní osvětlenosti: Hodnoty osvětlenosti doplňujícím umělým osvětlením při trvalém pobytu lidí v lx : Poměry jasu pozorovaného předmětu a osvětlovacího otvoru: PROBLÉMY DENNÍHO OSVĚTLENÍ RŮZNÝCH DRUHŮ STAVEB STAVBY BYTOVÉ: Denní osvětlení obytných budov: minimální hodnota činitele denní osvětlenosti D min = 0,5 % průměrná hodnota činitele denní osvětlenosti D m = 2% (s horním nebo kombinovaným osvětlením) 11
s bočním osvětlením ve dvou kontrolních bodech v polovině hloubky mistnosti, vzdálených 1 m od vnitřních povrchů a bočních stěn má být D = 0,9%, viz. obr.: a) a) jednostranné osvětlení b) dvoustranné osvětlení v obytných místnostech s okny ve více stěnách má být v kontrolních bodech D = 1%. Oslunění obytných budov: Požadavek se týká přímého slunečního záření. Musí být splěny tyto podmínky: půdorysný úhel dopadajících slunečních paprsků s rovinou okenního otvoru musí být nejméně 25 0 nejmenší skladební rozměr osvětlovacího otvoru musí být alespoň 0,90 m sluneční záření musí dopadat na kritický bod v rovině vnitřního zasklení ve výšce 0,30 m nad středem spodní hrany osvětlovacího otvoru, ale nejméně 1,20 m nad úrovní podlahy posuzované místnosti výška slunce nad horizontem musí být nejméně 5 0 (pro 50 0 severní zeměpisné šířky dne 1. března přibližně mezi 7.10 a 16.50 hod SEČ, dne 21. června přibližně mezi 4.30 a 19.30 hod SEČ) době proslunění musí být při zanedbání oblačnosti od 1.3. do 14. října nejméně 1,5 hod denně; u bytů se dvěma a více obytnými místnostmi se doporučuje 3 hod proslunění alespoň jedné obytné místnosti venkovní zařízení obytných budov (rekreace, dětská hřiště apod.) 3 hod, alespoň polovina plochy osluněna 12
Školy: Předškolní zařízení: Školy základní: 13
Poznámka: Jiné stavby viz. normy, výše uvedené. Vynález žárovky: SVĚTELNÉ ZDROJE 1) 1841 Francouz Fréderic de Moleyns (použil tenký platinový plátek velmi krátká životnost) 2) 1854 Henry Goebel (Němec rzsvítil první žárovku; zuhelnatělé bambusové vlákno) 3) 1873 Rus Alexandr Nikolajevič Lodygin (žárovka svítila ½ hodiny) 4) 1878 Američan Thomas Alva Edison (zkoumal vlstnost uhlíkové tyčinky a poté kovovým vláknům, zuhelnatělá niť svítila 40 hodin) 5) 1882 se rozsvítilo divadlo v Brně prvními žárovkami. Definice světelného zdroje: Zařízení, které vysílá viditelné záření : přírodní (slunce, blesk) umělé (svíčka, plynová lampa, žárovka..) Členění elektrických světelných zdrojů: 14
Parametry světelných zdrojů: světelný tok zdroje (lm), měrný výkon h (lm. W -1 ), celkový příkon P (W) index barevného podání - RA, teplota chromatičnosti - TC, jas - L (cd. m -2 ) technický život zdroje, pracovní poloha, závislost parametrů na napětí, závislost parametrů na teplotě, tvar a velikost aktivní části, provozní napětí zdroje, typ regulace, připojení na napájecí soustavu, způsob jištění, rozměry, patice, hmotnost. VÝBOJKY: Vyzařování světla je vyvolané vybuzením atomů plynu v elektromagnetickém poli. Narazí-li volný 15
elektron, urychlený v elektrickém poli, na atom plynu, vystoupí jeho valenční elektron na vyšší energetickou hladinu do zakázaného pásma (atomy se vybudí ). Na této hladině se ale elektron nemůže trvale udržet a vrací se na hladinu původní. Přebytečnou energii uvolní v podobě světelného záření. Záření, má určitou vlnovou délku, charakteristickoupro příslušnou náplň. Odpor výboje klesá s rostoucím proude. Proto nemůžeme výbojkové zdroje připojovat přímo na síť. Pouze v serii s předřadníkem (rezistor, tlumívka apod.). ŽÁROVKY: Jedná se o klasickou žárovku s Wolframovým vláknem, dnes dvojitě vinutým. Vyzařování světla je vyvolané tepelným buzením, mají spojité spektrum. Základní vlastnosti: nízká cena, okamžité zapnutí, možnost stmívání, R a = 100 životnost cca 1000 hod je závislá cca s 3,5 mocninou napětí, značný pokles světelného toku s napětím, měrný výkon cca 13lm/W. Poznámka: Vnitřní prostor je vyčerpán, zbytky plynu pohlceny getrem naneseným na vlákno, nebo na konec přívodů. Náplň žárovek plněných (u žárovek nad 25W) bývá argon, nebo krypton, oba s příměsí dusíku. 16
HALOGENOVÉ ŽÁROVKY: Plynnou náplň žárovky tvoří obvykle krypton a sloučenina halogenu např. methyljodyn, metylenbromid apod. Wolfram vypařující se z vlákna se v blízkosti baňky (nízká teplota) slučuje s halogenem (nejčastěji s bromem). Vlivem koncentračního spádu se tato sloučenina vrací od stěny baňky zpět k vláknu. Zde se dostává do teploty, kde se začne rozkládat na wolfram a halogen. Část wolframu se usazuje zpět na vlákno a zároveň velká hustota wolframu v okolí vlákna snižuje vapařování wolframu z vlákna, a tím se prodlužuje život žárovky. Základní vlastnosti: celkový efekt wolfram-halogenového cyklu je zvýšení světelného toku asi o 30%, což zdvojnásobuje život oproti klasické žárovce jsou v provedení s jednou nebo dvěma paticemi žárovky s dichroitickým zrcadlem, ta zajišťuje maximální světelný tok a omezuje až 60% nežádoucího infračerveného záření, které prochází zrcadlem. Žárovka na 12 V, viz.obr.: 17
Z grafu je vidět rozdíl mezi hlinikovým a dichroickým reflektorem: Při montáži se nesmíme dotknout baňky (mastnota prstů narušuje odvod tepla-v místě dotyku se baňka zničí). mají speciální tvarovanou baňku z foukaného skla, slouží také jako reflektor, pokovená bývá přední nebo zadní stěna baňky (světla automobilů) ZÁŘIVKY: Zářivky jsou nizkotlaké rtuťové výbojky, u nichž se ultrafialové záření výboje transformuje vrstvou luminoforu na viditelné světlo.v závislosti na použitém LUMINOFORU dochází k různému složení vyzařovaného světla. Lineární zářivky: 18
Zářivka je naplněna vzácným plynem (argon) se rtutí (několik mg). tlak v zářivce je cca 400 pa průměry zářivek: a) 38 mm (20, 40, 65W) b) 26 mm (18, 36, 58W) c) 16 mm (s elektronickým předřadníkem) d) 7 mm (6, 8, 11, 13W) (s elektronickým předřadníkem) životnost 12000 hod při provozu s tlumívkou 16 000 hod při provozu s elektronickým předřadníkem ZAPOJENÍ: 19
Princip činnosti zapalování zářivek: Po zapnutá vypínače je na elektrody zapalovače (startéru) přivedeno plné napětí zdroje, a protože jsou elektrody blízko sebe, dojde mezi nimi k doutnavémuý výboji. Tím se bimatalové elektrody zahřejí a ohnou tak, až se navzájem dotknou, proud prochází elektrodami zářivky, zahřeje je, takže se kolem elektrod vytvoří oblak elektronů.zatím se elektrody zapalovače ochladí a po několika sekundách se přeruší styk mezi nimi, elektrody odskočí. Jelikož je v serii se zářivkou zapojena tlumívka, způsobí přerušení obvodu napěťový indukční náraz na elektrodách zářivky a dojde k zapálení hlavního výboje. Jestliže zářivka na poprve nezapálí, celý postup se opakuje. Vlastnosti 26mm zářivek: a) standart (halofosfátový luminofor) index barevného podání R a > 60 měrný výkon při provozu s konvenčním (tlumívka) 63 79lm.W -1 pokles sv.toku po 8000 hod provozu na 70% náhradní teplota chromatičnosti T c = 2700 4000 K Poznámka: Ostatní typy zářivek viz. katalog světelných zdrojů. Volba typu chromatičnosti: 2700 K - extra teple bílá 3000 K - teple bílá 4000 K - bílá 6500 K - denní bílá volba dle prostoru teple bílá - důvěrná komunikace pohodička bílá - neutrální prostředí (dílna,..) denní bílá - chladné prostředí, nad 1000lx Další charakteristické znaky: trubice je ze sodno-vápenatého skla, na koncích wolframové elektrody vyrábějí se ve tvaru: I, U, W jsou dostupné i barevné zářivky (modrá, zelená a červená) měrný světelný výkon je kolem 70lm/W výkon 18 až 180W teplota v okolí má být 20 až 30 0 C KOMPAKTNÍ ZÁŘIVKY: Šlo o snahu zmenšit rozměr lineárních zářivek. Menší rozměry, větší výkon v daném prostoru, ale menší měrný výkon. Výkon se pohybuje od 5 do 55W. Mechanické provedení několik druhů. 20
POZOR: Kompaktní zářivky obsahují v sobě elektronický předřadník, popřípadě klasickou tlumívku. Na níže uvedeném obr. Je kompaktní zářivka jednopaticová: Potřebuje pro svůj provoz tlumívku a startér, nebo elektronický předřadník. INDUKČNÍ VÝBOJKY: Patří do okruhu nízkotlakých výbojových zdrojů, pracující na principu indukce. Změna oproti klasickým zářivkám spočívá v tom, že pohyb elektronů není funkčně svázán s elektrodami ve výbojovém prostoru, ale je dosahován pomocí magnetického pole (indukce) s kmitočtem cca 2,5 MHz a speciální geometrií výbojového prostoru. Systém tvoří elektronické předřadné zařízení, nosič na přenos výkonu a nízkotlaká výbojka s luminoforem. Na níže uvedeném obr. Je výrobek fi. Philips: Má výkon 55W (3500lm) a 85W (6000lm), životnost cca. 60 tisíc hodin. Na dalším obr. Je výrobek fi. Osram: 21
Má výkon 150W (12000lm), životnost 60 tisíc hodin. SVÍTIDLA Světelné zdroje většinou samy o sobě nevyhovují pro osvětlovací účely: mají nevhodné rozložení světelného toku do prostoru, mají příliš vysoký jas nejsou odolné proti různým vlivům prostředí proto se umísťují do SVÍTIDEL Svítidla jsou určena: k úpravě křivky svítivosti samotného zdroje k napájení světelných zdrojů k upevnění světelných zdrojů k ochraně před nepříznivými vlivy (prostředí apod.) k ochraně před nebezpečným dotykovým napětím respektují estetické požadavky respektují požadavky maximální hospodárnosti Složení svítidla: a) světelně činné části: reflektor (zrcadlový/difuzní) 22
refraktor čočka rozptylovač stínidlo filtr b) konstrukční části: těleso svítidla objímka světelného zdroje mechanické a elektrorozvodné prvky předřadník popř.startér Obecné vlastnosti svítidel: a) členění svítidel přímá (90% světelného toku jde do spodní polokoule) převážně přímá (60 až 90% světelného toku jde do spodní polokoule) smíšená (40 až 60% světelného toku jde do každé polokoule) převážně nepřímá (60 až 90% světelného toku jde do horní polokoule) nepřímá (90% světelného toku jde do horní polokoule) Φ sv - světelný tok svítidla Φ zdr - světelný tok všech zdrojů ve svítidle η sv = Φ sv / Φ zdr b) úhel clonění svítidla: používají se stínidla zrcadlové nebo difuzní reflektory Míra zaclonění se udává úhlem clonění, viz. níže uvedený obrázek: Úhel clonění u svítidla: a) žárovkového, b) s výbojkou s čirou baňkou, c) s výbojkou opatřenou luminoforem nebo s opálovou žárovkou 23
OSVĚTLOVÁNÍ Navrhování osvětlení je současně VĚDOU I UMĚNÍM Zásady osvětlování: uspokojivé podmínky pro vidění požadavky pro zrakový výkon a zrakovou pohodu úzce spolu souvisí: nálada-zdraví-světlo-pocity-motivace uvědomit si k čemu bude osvětlovací soustava sloužit zvolit typ světelného zdroje zvolit teplotu chromatičnosti a index barevného podání návrh počtu svítidel a jejich výkonů (existuje výpočetní program) Osvětlování můžeme rozdělit na: a) osvětlování vnitřních prostorů denní osvětlení sdružené osvětlenímumělé náhradní osvětlenímnouzové osvětlení b) osvětlování venkovních prostorů komunikací architektury prostranství (stadiony, nádraží, náměstí..) Výchozí podklady: účel a využití prostoru výkresy (stavební) rozmístění technologických zařízení a vybavení místností povrchová úprava možnosti řešení údržby zvláštní podmínky Denní osvětlení: Realizuje se: pomocí oken pomocí světlíků Hodnota denního osvětlení se určuje v % venkovního osvětlení (osvětlenosti nezastíněné krajiny). Výpočet denního osvětlení proádí stavební projektant. Dle výsledků denního osvětlení volíme umělé osvětlení, popřípadě sdružené. Umělé + sdružené osvětlení: Vycházíme z: hladiny jasů nebo osvětlenosti, rovnoměrnosti, zábrana oslnění, teplota chromatičnosti, převažující směr osvětlení způsob osvětlení daného prostoru druh svítidel a světelných zdrojů a způsob ovládání popřípadě stmívání popř. Změna umístění svítidel, nebo vlastností svítidel např. v galerii 24
Způsob osvětlení: celkové (plošné) - vzdušnost, volnost, pracovní prostředí centrované - bezpečí, domov, zázemí, důvěrné prostředí 25